我国集成电路现代化产业体系构建的战略与路径思考
尹西明1 , 张贝贝2 , 陈泰伦3 , 余江2,4 , 陈劲5     
1. 北京理工大学 管理学院 北京 100081;
2. 中国科学院科技战略咨询研究院 北京 100190;
3. 浙江大学 管理学院 杭州 310058;
4. 中国科学院大学 公共政策与管理学院 北京 100049;
5. 清华大学 经济管理学院 北京 100084
摘要:集成电路产业具有高度系统复杂性特征,其关键核心技术的突破高度依靠体系化能力支撑。美西方加速推进遏制中国崛起的“小院高墙”策略、“新华盛顿共识”和“去风险”等体系化政策,中国集成电路产业“阻链”“断链”等极端风险加剧;同时,面临中国式现代化和加快发展新质生产力的新使命新要求,亟须以新发展范式和战略逻辑加快推进集成电路产业现代化。文章基于新型国家创新体系、使命驱动型创新和场景驱动创新理论,探讨从“后发追赶”和“前瞻引领”双元整合视角,统筹“使命牵引”与“场景驱动”,重构集成电路技术创新体系,加快集成电路产业现代化;并进一步提出把握场景机遇、健全新型举国体制、统筹科技教育人才“三位一体”、建设国家级创新联合体、加强企业主导的产学研深度融合、构建全球本土化创新生态等对策思考,为加快以科技创新引领集成电路产业现代化、助力新质生产力培育提供理论与战略支撑。
关键词集成电路    现代化产业体系    新质生产力    新型举国体制    使命驱动    场景驱动创新    
CSTR  32128.14.CASbulletin.20230720002
Insights on strategy and approach for China to construct a modern integrated circuits industrial system
YIN Ximing1, ZHANG Beibei2, CHEN Tailun3, YU Jiang2,4, CHEN Jin5     
1. School of Management, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;
2. Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
3. School of Management, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China;
4. School of Public Policy and Management, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
5. School of Economics and Management, Tsinghua University, Beijing 100084, China
Abstract: The integrated circuit (IC) industry is highly complex and systematic, and its key core technology breakthroughs are highly dependent on the support of systematic capabilities. The West especially the United States has accelerated the promotion of the "small-yard, high-fence" strategy, the "New Washington Consensus", the "de-risking", and other systematic policies to curb China's rise. China's IC industry chain is facing extreme risks such as rupture or blockage. Meanwhile, facing the new mission and requirements of Chinese modernization and new-quality productivity, China needs to accelerate the modernization of the IC industry with new development paradigms, new strategies, and new approaches. Based on the theories of new national innovation system, missionoriented innovation, and context-driven innovation, this study proposes that China need to integrate the dual approaches of "missionoriented" and "context-driven" to promote the modernization of IC technology system and industrial system from the dual perspectives of "catch-up" and "beyond catch-up". Policy and practical suggestions are further proposed such as seizing the contextdriven innovation opportunity, coordinating the technology, education, and talents, building national-level innovation consortia, strengthening the firm-leading collaborative innovation system, and constructing a glocalized innovation network, which provides theoretical and strategic support for accelerating the modernization of China's IC industry towards new-quality productivity.
Keywords: integrated circuit (IC)    modernized industrial system    new-quality productivity    new system for mobilizing resources nationwide    mission oriented    context-driven innovation    

当前新一轮科技革命和产业变革持续深化,以集成电路为核心的新一代信息技术不但成为数字经济时代国际竞争的战略高地、保障国家安全的基础战略性领域,更是推进新型工业化和培育新质生产力的重要引擎。美西方密集发布集成电路支持法案与战略,加速推进遏制中国崛起的“小院高墙”策略、“新华盛顿共识”、“去风险”和打造平行供应链等体系化政策,中国集成电路产业关键核心技术“卡脖子”困境与产业链供应链“阻链”“断链”风险、国产化生态瓶颈等多重挑战叠加,提升产业链供应链安全韧性水平和建设现代化产业体系迫在眉睫[1]。习近平总书记在2024年1月31日主持中共中央政治局第十一次集体学习时强调,“科技创新能够催生新产业、新模式、新动能,是发展新质生产力的核心要素。必须加强科技创新特别是原创性、颠覆性科技创新,加快实现高水平科技自立自强,打好关键核心技术攻坚战,使原创性、颠覆性科技创新成果竞相涌现,培育发展新质生产力的新动能”。2024年《政府工作报告》提出,要“大力推进现代化产业体系建设,加快发展新质生产力”,为以集成电路为代表的高技术实体产业现代化提出新使命、新任务和新要求。

集成电路创新是集知识产权(IP)核、设备、材料、设计、制造、封测各产业环节于有机整体的系统性创新,其全球角逐实则为各国现代化产业体系能力之争。集成电路产业技术具有高投入、长周期、知识嵌入性强、技术复杂度高等特征,技术创新突破高度依赖产业体系[2]。一方面,随着技术复杂度接近物理极限,集成电路产业发展进入特色工艺繁荣的“后摩尔时代”,新技术主导范式尚未形成,市场碎片化、新应用场景不断涌现等特征更加显著,全球专业化分工加深使得知识的生产和传播方式愈加多元复杂,集成电路产业技术创新更加依赖创新链、产业链、供应链各主体间的密切协作。另一方面,高度复杂的新技术和实验室“样品”需要在实践中不断测试、试错来积累经验数据、迭代优化、提高良率,以跨越成果转化的“鸿沟”、实现大规模商用的市场价值,这一过程更是离不开产业创新体系的协同支持。习近平总书记在中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会、中国科协第十次全国代表大会上指出,“要在事关发展全局和国家安全的基础核心领域,瞄准人工智能、量子信息、集成电路、先进制造、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域,前瞻部署一批战略性、储备性技术研发项目,瞄准未来科技和产业发展的制高点”,并在2024年1月31日中共中央政治局第十一次集体学习时进一步强调,“要及时将科技创新成果应用到具体产业和产业链上,改造提升传统产业,培育壮大新兴产业,布局建设未来产业,完善现代化产业体系”。

本文针对外部环境变化下我国集成电路产业体系发展战略面临的新形势新挑战,面向新征程上加快推进高水平科技自立自强和发展新质生产力对我国集成电路产业现代化提出的新任务、新要求[3, 4],基于新型国家创新体系、使命驱动型创新和场景驱动创新理论,从统筹“使命驱动-加速追赶”和“场景驱动-前瞻引领”的双元整合式视角出发,探讨以科技创新引领集成电路产业体系现代化的战略与进路,为新征程、新形势下前瞻性把握集成电路产业发展新范式,开辟新“赛道”、抢占新制高点,培育发展新质生产力的新动能、扎实推进高质量发展提供理论和决策参考。

1 我国集成电路产业体系建设的现状、挑战与范式转向 1.1 我国集成电路产业体系建设的现状与进展

20世纪末以来,得益于国际价值链分工、国家政策大力扶持和技术模块化程度加深的机会窗口,我国集成电路产业主要采用“后发追赶”的跟随战略,主动嵌入先发国家主导的技术体系,在本地消费市场的拉动下通过推动全球生态“本土化”的路径构建本土产业体系。近年来,我国集成电路产业逐渐由低端向中高端延伸,产业体系得到快速发展和完善。美国半导体行业协会(SIA)的统计数据显示,2022年全球半导体销售额达到创纪录的5 735亿美元;其中,相较于美国、日本和欧盟16%、10% 和12.7% 的份额占比,我国半导体销售额达1 803亿美元,占全球31.4%,连续11年居全球半导体市场规模之首。在庞大的本土应用需求拉动、政府政策大力支持下,我国集成电路企业持续引进消化吸收外部先进知识、加快本土创新链和产业链协同发展,本土产业体系初步形成了以长三角、珠三角、环渤海、福建沿海和中西部为主的五大区域联动发展格局,对应的集成电路设计能力、制造产能、工艺水平及产品良率得到了大幅提升。

产业链方面,我国基本完成了在集成电路全产业链上、中、下游的企业的单点布局,且一些领域表现出较强的国际竞争力,涌现出了海思、紫光展锐、华为、中兴、上海微电子、中芯国际、长江存储、长电科技、华天科技等一系列领军企业及细分领域的专精特新企业,对以美国为首的集成电路传统科技强国和领军企业形成了加速追赶乃至部分超越的趋势。例如,通信芯片设计近年来快速发展,高端芯片设计与国际先进水平逐渐缩小;制造环节已成功实现14 nm芯片量产,但与中国台湾地区的台积电、韩国的三星、美国的英特尔等领先企业的3 nm和1.5 nm制程的代际差距较大;清洗等制造设备和部分材料实现了从无到有的突破;封测环节初步完成国产替代,基本掌握了先进封装技术。

创新链方面,政策的大力支持助力集成电路技术从基础研究到新产品市场化应用的创新循环不断完善,形成了以半导体超晶格国家重点实验室、应用光学国家重点实验室、微细加工光学技术国家重点实验室为代表的全国重点实验室体系,以及产学研联合组建的集成电路创新中心、产教融合等创新平台。

1.2 我国集成电路产业体系建设的新挑战与新问题

虽然我国集成电路产业体系日益健全,取得了一系列突破性进展,实现了产业从无到有、从有到大的跨越式发展;但是随着产业内部格局和外部环境发生的阶段性变化,我国集成电路产业高质量发展面临着突出的新挑战与新问题。

外部发展环境方面,当今世界面临百年未有之大变局,国际政治经济环境剧变。以美国为代表的美西方国家以安全为由,加快对华高技术封锁和产业链“脱钩”“断链”步伐,目的在于人为构建代际差距,将我国集成电路产业锁定在价值链低端。以2018年“中兴事件”为导火索至目前愈演愈烈的中美经贸摩擦和科技“脱钩”,尤其是伴随着新冠疫情冲击、俄乌冲突等“黑天鹅”事件,全球集成电路产业发展逻辑从“效率”驱动向“安全和效率”双重驱动逻辑转变[5]。美西方国家对华实行“小院高墙”的围堵策略,提出了针对性围堵中国崛起的“新华盛顿共识”,通过打造“平行供应链”来加速推进供应链“去中国化”,并针对性出台算力芯片对华出口限制,我国集成电路产业传统的追赶模式瓶颈更加凸显。2024年1月,美国商务部启动对美国半导体供应链和国防工业基础的调查,再次明确要求“去中国化”指标,并且发文禁止英伟达等图形处理器(GPU)厂商向中国提供A800和H800,以及更先进制程的、用于人工智能大模型训练的先进算力芯片,这标志着美国对我国集成电路产业技术封锁的全方位、体系化和精准化趋势进一步加速深化。

与此同时,我国集成电路产业体系发展呈现出破碎、割裂的特征,未能形成良好的本土强供需循环[6],且外部环境的巨变导致我国在高端芯片及关键设备材料领域面临单点核心技术“卡脖子”、产业底层支撑软件系统缺失、原创基础研究孤立薄弱、国产芯片自主研发体系尚未形成、产业创新人才急缺等旧瓶颈和新问题叠加局面[7]具体的,产业生态方面,虽然基本完成了在全球产业链上、中、下游的企业单点布局,但本土产业生态呈现出弱供需链接的“割裂”状态,可能原因有:①产业链头部企业之间、国企民企之间,以及大、中、小企业之间“各自为战”;②长期外部技术引进导致的路径依赖和沉没成本使得产业链上下游本土企业间链接困难。外部“脱钩”“断链”风险和本土生态割裂的双重压力下,依赖市场和制度保护的本土产业链关键环节面临严峻的“卡脖子”瓶颈。例如,特种气体等高端材料及先进制造工艺等多个光刻机关键材料或工艺的国产化率不足1%,KrF/ArF光刻胶几乎全部依靠进口,在高频驱动及集成技术等方面仍然薄弱。设计软件方面,集成电路设计的上游支撑软件电子设计自动化(EDA)、IP核等长期受美欧企业控制,国产化率不足5%;特别是中央处理器(CPU)、GPU逻辑计算芯片的设计严重依赖外部软件工具。基础研究方面,资源投入不持续不聚焦、资本结构单一,共性技术创新平台缺乏;另外,虽然企业是最接近市场应用的理性经济体,但往往更加注重工程应用研究,导致科技企业参与基础研究严重不足。产业人才方面,集成电路领域的人才缺口明显、结构失衡,尤其是缺乏具有前瞻视野的领军人才和突出创造性的青年团队。根据Aminer开放数据平台发布的《2023年全球最具影响力人工智能学者》(简称“AI 2000学者”)报告,美国学者有1 079名,中国学者有280名,仅为美国的1/4左右。产业人才的巨大缺口源自于教育、科技、人才良性循环尚未形成,且现行单一学科的专业设置难以满足集成电路高质量发展所需的跨学科、跨领域、国际化复合型人才需求。

1.3 集成电路产业体系建设的范式转向

当前,全球集成电路产业链发展正值产业格局调整和创新范式转型的关键窗口期。以“摩尔定律”主导和硅芯片为主流形态的第二代半导体发展的瓶颈日益凸显,集成电路产业迎来以光芯片、化合物芯片、量子芯片、生物芯片等新兴、特色场景不断涌现为特征的“后摩尔时代”。尤其是人工智能大模型和类脑智能、具身智能的颠覆性技术创新与产业快速发展对人工智能(AI)芯片的需求与日俱增,新需求新场景催生集成电路发展的新机遇、新赛道。

集成电路作为关系国家安全的基础性战略性产业,“后发追赶”视角的传统跟随式发展模式已无法应对内外部环境变化带来的新挑战,不能满足新征程上产业现代化的新需求,以及推进新型工业化和加快培育新质生产力的战略新要求[8]。面向新征程上加快建设现代化产业体系、培育新质生产力的新使命、新要求,以及内外部的新挑战和新问题,倒逼我国集成电路产业体系战略范式的转型——需要从兼顾“效率和安全”的双元逻辑出发,加快从原有的国际开放分工环境下以市场驱动为主的后发追赶范式,向新征程、新形势下以场景、问题和科技三轮驱动的新型整合性范式跃迁。为此,亟须基于新型国家创新体系理论与场景驱动创新的重大范式机遇,重构集成电路领域多元创新主体协同关系、集成模式,加快产业体系构建战略从“政府主导、企业参与”向“政府引导支持、科技领军企业牵头主导、大中小企业融通”转变,加快产业技术体系重塑,引领产业体系现代化。

2 我国集成电路现代化产业体系的建构战略与路径 2.1 我国集成电路现代化产业体系建构的理论基础 2.1.1 新型国家创新体系

新型国家创新体系是在国家创新体系理论基础上,面向高水平科技自立自强所构建的中国特色国家创新体系;其强调发挥新型举国体制优势,通过底线思维与使命引领的战略导向,从国家层面整合包括基础研究系统、产业创新系统、区域创新系统、企业创新系统在内的多个创新子系统,进而统筹原始创新、应用创新、科技制度创新等多种类型的创新活动。在建设重点上,新型国家创新体系的典型特征在于聚焦创新体系中各类企业创新能力的培养,并在此基础上进一步主动开放体系边界,积极融入国际创新体系,合作共赢推进整体效能提升。相对于传统国家创新体系理论中强调国家各创新主体的自由协同,新型国家创新体系的超越性在于更加关注如何通过制度创新激励国家战略科技力量和多元创新主体,围绕国家重大战略需求打造基于自主的开放型创新生态,从而全面提升国家创新体系整体效能;更加侧重解决国家战略科技力量牵头作用难发挥、企业创新主体地位未充分确立、创新活动同质化且缺乏协同等核心瓶颈问题。

集成电路产业因其技术特性与产业特征的双重特殊性,其发展兼具国家战略层面的安全性与市场层面的国际竞争性。在我国“后发优势”逐渐消失和外循环受阻的现阶段,集成电路产业发展的基础与条件已经基本具备,而创新制度上的转型成为能否突破“卡脖子”问题和实现产业跃迁的关键[6, 9]。运用国家创新体系理论推进集成电路产业体系现代化既是国家战略需求,也符合产业发展现实需要。新型举国体制的价值在于强化科技创新全链条协调管理,综合发挥顶层设计、超大规模市场、海量数据和丰富应用场景优势,加快培育集成电路科技领军企业和具有产业链控制力的生态主导型企业,尽可能压缩产业赶超进程的同时,积极把握全球产业结构调整带来的新场景机遇,打造国家科技和产业先导能力,开辟新赛道、新领域。

2.1.2 使命驱动型创新

集成电路产业是现代化产业体系建设的战略基石,因此在创新政策设计与科技领军企业创新实践上均需要嵌入使命驱动的内核,这也是建设新型国家创新体系的重要导向。使命驱动型创新强调政府主动引导产业和企业创新方向,科技领军企业等国家战略科技力量积极响应国家使命和战略需求[10]于政府而言,使命驱动型创新的内涵在于围绕社会发展新使命制订系统性创新政策,并将其主要功能从创新生态建设向战略性引导产业演化与变革转变。于科技领军企业而言,使命驱动创新的内涵在于将国家和社会使命与企业自身创新发展战略有机整合。集成电路产业兼具多元主体协同与多学科交叉融合的特征,更加需要使命驱动型的创新政策体系,需要企业超越单一利益导向与商业价值考量,主动将国家发展战略融入企业决策与实践中,以使命感激发创新活力与联合攻关成效。

2.1.3 场景驱动创新

场景驱动创新理论强调瞄准基于共同使命愿景下的战略目标,围绕特定场景下的复杂综合性需求问题开展创新突破和成果集成应用[11]。这一范式不仅可以通过促进现有技术的快速应用并释放价值,而且能基于新兴和未来场景识别现有技术短板或空白进而凝练科学问题,反向牵引基础研究和新技术的精准突破。场景驱动创新理论,能够激励多元创新主体围绕新型工业化丰富场景的痛点、难点开展联合攻关,形成从基础研究到成果应用的创新闭环,在场景进化的过程中推动集成电路产业体系跃迁。作为典型的通用技术,集成电路创新和高效转化应用严重依赖场景化需求的适配与迭代。从产业跃迁的角度,场景驱动创新能够启发创新主体前瞻识别科技和产业变革中新兴特色场景蕴含的创新机遇,进而开辟新领域和新市场,助力我国集成电路产业在传统技术驱动的“跟随式”战略基础上,加快向使命、场景和科技三轮驱动的“引领型”战略跃迁。

2.2 推进集成电路产业体系现代化的“双元整合式”战略逻辑与路径 2.2.1 新逻辑

面向国际环境巨变带来的新挑战和中国式现代化新征程、新使命,以及集成电路产业结构变革带来的新场景、新机遇和产业创新涌现出的新模式,本文基于新型国家创新体系、使命驱动和场景驱动创新理论,针对性提出加快从传统开放友好环境下“效率”主导的追赶模式向统筹“效率与安全”、迈向引领的超越追赶模式跃迁。具体地,从“后发追赶”和“前瞻引领”双元视角出发,重构集成电路产业技术体系,以兼顾同质、异质和异构并行的混合系统集成模式为牵引,构建集成电路现代化产业体系的“双元整合式”战略框架(图 1)。

图 1 面向集成电路产业现代化的“双元整合式”体系建构战略 Figure 1 Dual-integrated innovation ecosystem strategy for IC industry modernization

其中“后发追赶”视角强调使命驱动、动能强化、加速追赶,遵从“逆势而上”的战略逻辑,关注面向突破集成电路产业关键核心技术“卡脖子”困境的战略使命,以“补短板、强弱项”为战略目标,强化产业基础核心能力。在此基础上,进一步引入“前瞻引领”视角,侧重场景驱动、超越追赶,遵从“顺势而为”的战略逻辑,强调面向集成电路产业发展的新兴特色场景,发展本土优势技术,抢占产业细分场景和领域的制高点,以“锻长板、铸强项”为战略目标,打造产业先导能力,形成产业和国家发展的非对称优势。

围绕中国式现代化新征程上加快高水平科技自立自强和现代化产业体系的总体战略纲领,相较于传统战略,“双元整合式”的新战略从时代背景、发展阶段、产业逻辑、技术范式、使命需求、理论基础、体制机制、创新载体、创新模式、企业角色、典型能力和价值链地位等维度均实现了更新与超越(表 1)。

表 1 集成电路产业体系新、旧战略比较 Table 1 Comparison of strategies for IC industrial innovation system

具体而言,发挥新型举国体制、超大规模市场、海量数据和丰富应用场景优势,以新型集成模式、产品架构为牵引,在成熟技术路线上加速理性追赶的同时,注重基于新场景、新架构超越追赶,开辟我国集成电路产业新领域,从“双元整合式”创新视角,构建基于核心技术自主可控的新型开放型产业生态体系。

“双元整合式”战略体系中,企业是集成电路现代化产业体系和科技创新体系的核心主体乃至主导者,需要瞄准重大应用场景,重视构建子模块联动的企业主导型产业创新体系。

(1)发挥领军企业“头雁效应”推动产业基础能力高级化。充分发挥国资央企、龙头企业和科技领军企业在科技创新中的主导作用,积极向产业链开放创新资源、建设支撑大中小企业融通创新的产业平台,瞄准基础零部件/元器件、基础材料、基础工艺及装备、工业基础软件和产业技术基础。开展“大兵团”作战式的有组织攻关,强化集成电路产业体系基础能力,实现产业基础高级化。

(2)重视场景驱动,加快产业体系现代化。基于集成电路细分领域和新场景、新赛道,以及颠覆性技术创新方面的独特优势,精准把握AI、量子计算、车路协同等新兴应用场景带来的新机遇,超前把握新场景新特征,定义新产品、新架构和新的集成模式。以场景为载体,以新型混合集成架构为牵引,激励具备高战略敏捷性和创新活力的专精特新企业和中小企业参与到领军企业的创新链和供应链中,打造产学研深度融合、大中小企业深度融通的集成电路现代化产业体系,保障产业链供应链安全稳定和韧性发展。

2.2.2 新路径

路径一:使命牵引,动能强化,加速追赶。瞄准产业“五基”短板、弱项,运用全球生态“本土化”机制,在主流技术路线上“逆势而上”补短板、厚基础,强化产业创新发展动能,加速理性追赶。这一路径体现使命驱动型创新模式的思想,关注当前我国集成电路产业链的“补短”,以产业链安全为主要导向,促进关键核心技术的攻关,夯实产业基础核心能力。后发国家积极把握嵌入国际价值链和专业化分工的机会窗口,高效嵌入全球网络是构建本土产业体系的有效方式。在美西方主导的主流技术体系框架下,目前我国集成电路科技企业落后国际先进水平两代以上,主要基于外部技术进行工艺优化提高产品良率[12]。我国的集成电路本土产业链在设计工具、关键设备及高端材料等环节国产化率较低;在当前中美科技“脱钩”的国际环境下面临着严重的“断链”风险;传统购买外部知识产权、获取技术许可等“引进来”模式下,我国集成电路产业的加速追赶呈现出难以为继的疲态,亟待探索新形势下国际合作和技术交流新模式,持续为全球生态“本土化”过程赋能。

面向科技自立自强的新使命,瞄准基础零部件/元器件、基础材料、基础工艺及装备、工业基础软件和产业技术基础(产业“五基”)的“卡、软、薄”和国产自主创新瓶颈,推进国家战略科技力量和国企民企创新力量的协同整合;并积极探索科技企业“走出去”和“引进来”相结合的新型国际化协同创新战略,分类施策,实现加速追赶。围绕原创性基础研究薄弱、产业共性技术基础缺失、工业基础软件存软肋、国产自主迭代的体系尚未形成等阶段性发展瓶颈,积极优化布局国家实验室、全国重点实验室、共性技术创新平台,释放新型举国体制优势,对产业卡脖子技术、共性基础技术及短板领域分类施策、逐项攻关,加快建设以本土企业为主导的创新体系。积极开拓新渠道、新合作伙伴,通过“一带一路”倡议、《全面与进步跨太平洋伙伴关系协定》(CPTPP)等双边和多边合作机会,构建“以我为主”的新型全球创新网络。

路径二:场景驱动,前瞻引领,超越追赶。面向AI、仿生智能体、量子通信、车路协同等重大新兴场景,定义新产品、新架构,“顺势而为”开辟新赛道,锻长板、铸强项,打造先导能力和非对称优势,培育新动能新优势。这一路径以场景驱动创新理论为基础,通过充分挖掘我国丰富场景与市场需求的潜能,基于未来导向培育集成电路产业的新赛道,构建可引领未来全球集成电路产业发展方向的独特优势,以实现我国集成电路产业的“超越追赶”。把握“后摩尔时代”的新场景、新领域和我国超大规模市场、海量数据与丰富场景优势,前瞻识别颠覆性技术机会,积极探索新型计算架构,定义特色应用新产品,灵活运用我国新型举国体制优势,大力扶持产业前瞻引领性技术研发和生态培育,打造新一代集成电路发展的非对称优势;与世界共建互利共生的集成电路生态“命运共同体”,加快构建基于自主的开放型产业生态。

特别地,需要从两个方面深刻认识和系统把握场景驱动前瞻引领实现超越追赶的这一新路径。一方面,“摩尔时代”的大中心创新范式向“后摩尔时代”多场景特色工艺的分布式创新范式转型,为我国加快集成电路突破和新优势培育带来了重大潜在机会窗口。把握新范式,抓住新机遇,必须发挥新型举国体制优势,面向AI、仿生智能体、光量子通信、车路协同、物联网等多种终端应用场景,利用丰富应用场景中涌现的前沿科学问题、新兴颠覆性技术趋势和机会窗口,精准支持细分场景领域的领军企业、新创科技型企业牵头组建场景驱动的分布式创新小组或创新联合体。围绕类脑芯片、物联网芯片、生物芯片、光电芯片、卫星互联网芯片、量子芯片等下一代集成电路颠覆性技术创新方向,通过整合有组织和分布式创新的优势,定义特色应用新产品,支持新兴技术快速跨越鸿沟实现商业化,加快打造非对称优势。以多种形式鼓励支持中国科技领军企业走出去,多元化布局创新链和供应链,带动中国产业链整体出海,从而实现超越追赶[13]。例如,面向空、天、地、海广域万物智联场景,积极开发满足海量连接密度、低延时需求的专用芯片产品,打造我国在太赫兹通信、可见光通信和空天地海一体化通信领域的发展优势。另一方面,需要加强重视计算架构和集成架构的联合创新,在成熟制程条件下扩展芯片性能的提升空间,形成通用芯片及市场短板的非对称优势。在芯片面积上,应积极探索开发更多的如3D Chiplet等先进集成技术和封装技术,堆积更多芯片提升产品性能。此外,新型开源架构为场景驱动集成电路新优势创造了新机遇。相较于美国,我国终端应用市场更大、场景更多、更加碎片化[13],该特征导致了芯片产业具有极高的成本敏感性,低成本、定制化的开源架构RISC-V为我国集成电路产业通过获取成本优势,抢占特色应用场景、新型领域和细分市场,打破技术垄断提供了战略机会窗口[14, 15]。我国业内正在涌现出一批将精简指令集RISC-V架构从嵌入式应用场景转向人工智能GPU算力芯片、处理器芯片、自动驾驶等高性能应用场景的科技企业。这标志着RISC-V开源架构正从低端微处理器市场跻身高价值市场、走向主流;我国本土通用算力开源生态正在崛起,持续为突破CPU中央处理器芯片的技术垄断和市场垄断赋能[16]。中国工程院院士倪光南在2023年8月召开的第三届RISC-V中国峰会上指出,RISC-V的未来在中国,并建议聚焦RSIC-V来发展“主流CPU”,打造新型芯片产业和生态。

场景驱动超越追赶的一个典型案例便是矿机场景对专用芯片工艺创新和功能迭代引致的“国产芯片”的突破。中芯国际采用鳍式场效应晶体管(FinFET)工艺改进形成了N+1和N+2工艺,基于深紫外(DUV)光刻机进行量产制造,成功绕开了美国对极紫外(EUV)光刻机的限制禁令。这是以“双元整合式”创新战略,借力新场景、新工艺、新架构和新合作模式开辟“国产芯片”新赛道、实现我国集成电路产业里程碑式突破的成功探索。这一过程中,中芯国际利用比特币矿机场景对专用芯片(ASIC)容错率较高的特征,与芯动科技等矿机芯片企业联合开展场景化测试,快速迭代和量产了性能相当于7 nm低功耗的N+1工艺芯片,并为N+2工艺芯片的测试、量产和产品良率提升,以及代工中国其他领军企业所需的国产化高端芯片突围打下了基础。

3 加快构建集成电路现代化产业体系的对策思考

“双元整合式”战略下的新逻辑与新路径,为我国在新征程上推进集成电路现代化、加快提升产业科技创新能力和发展新质生产力提供了新的战略设计参考。在战略实施和推进集成电路产业体系现代化过程中,还需统筹考虑集成电路产业在发展机遇、政策保障、人才培育、创新组织模式、产业融通机制及构建新型全球创新网络等具体问题上的针对性政策,多措并举,有体系、有节奏地推进集成电路产业体系现代化,从而因地制宜、因时制宜地加快发展新质生产力。

3.1 健全用好新型举国体制,以体系化政策培育集成电路产业新动能

国内外促进集成电路产业发展的实践经验均表明,集成电路产业创新发展政策需形成体系化、连续性的合力,而非“零敲碎打”,关键在于健全完善和用好新型举国体制,精准施策,并强化集成电路产业科技创新全链条管理。

(1)健全完善和用好集成电路新型举国体制。引导我国集成电路产业面向国家安全和产业安全等重大使命型场景开展有组织的、创新,适度超前布局新一代集成电路科技工程、攻关工程和现代化产业体系工程;支持科技领军企业发挥组织平台、应用场景的优势,探索集成电路市场化攻关新型模式,牵头建设集成电路新场景、新系统架构和开拓新领域。新型举国体制的完善,关键抓手在于开展有组织创新打通“自上而下”使命传导、“自下而上”创新涌现的双向联通,发挥有为政府的制度微创新能力和使命引导作用,强化产业领军企业在产业科技创新体系建设中的核心主体地位和主导作用,激活有效市场;在“链长制”“揭榜挂帅”“赛马”等市场化机制的补充下,通过共建平台化的产业创新联合体作为有力主体,支撑起产业生态的基本架构,实现产业创新要素的融通和产业创新主体的紧耦合。

(2)针对产业新场景与新赛道的挖掘与示范推广过程中涌现出的复杂综合性需求精准施策。为新技术、新的细分产业起步阶段创造市场条件,通过产业政策和财税政策支持打造一批场景创新和未来产业先导示范区,为处于快速发展阶段的新场景、新产业适配科技金融资源和制度保障,形成科技—金融—产业良性循环。

(3)发挥中央科技委员会等新型举国体制牵头部门功能,强化面向集成电路产业现代化的科技创新全链条管理。尤其是协调使命牵引与场景驱动双路径的整合与共生,避免形成同质化竞争和产业内耗的局面。在运行机制上,进一步重视发挥国家层面专门推进集成电路产业跃迁的战略咨询委员会或科技先导战略研究小组作用,加强产业科技战略咨询,支撑保障政策的体系化、前瞻性和连贯性。

3.2 把握产业跃迁新机遇新场景,开辟集成电路产业发展新优势

我国集成电路产业在瞄准关键核心技术“卡脖子”问题开展集中攻关、推进产业基础高级化的同时,更需要把握新兴技术与未来技术发展,以及新场景涌现所带来的赶超机遇,面向未来打造集成电路产业新的赛道并占据制高点。

(1)面向新场景涌现的新机遇打造软硬融合的新型芯片生态。以通用AI、人形机器人为代表的新兴技术与未来产业,更加依赖底层硬件,也即专业化的高性能集成电路芯片作为支撑。充分识别、解析和把握当前众多具有战略意义的新兴场景与未来场景蕴含的产业创新发展机会。例如,量子通信、机器人、智能电网、生物电子、Mini-LED、6G通信等新兴领域对于芯片的特色工艺需求,还未形成较为严重的技术壁垒与代际差距。要对此开展持续跟踪和机会挖掘,围绕新场景构建新型芯片生态、占据产业发展制高点。

(2)把握产业跃迁机会窗口,完善产业技术体系,推进产业整体跃迁。在产业基础上,指令集、芯片设计、光刻等均涌现出一批与现有主流技术路线同步竞争的新路径,为中国集成电路产业构建不同于已有集成模式的新产业体系提供了先决条件。应充分把握全球集成电路产业战略跃迁的机会窗口,应用双元整合的新型混合集成模式,完善现有产业技术体系并主动探索产业新赛道,带动整体产业跃迁,培育发展新质生产力的新动能和新优势。

3.3 加强产业创新牵引,加快打造科技、教育、人才良性循环

我国集成电路产业现代化的一大痛点是专业人才短缺,具备产业全局视野和战略思维的战略科学家和战略企业家稀缺更甚。建设现代化产业体系和发展新质生产力的关键在于以产业创新牵引科技创新,加快打造教育、科技、人才良性循环,形成人才牵引、场景驱动、科技创新与产业创新互促并进的新格局。

(1)加快重构与集成电路产业发展相关的高等院校人才培养模式和学科体系建设,形成科技水平进步、教育结构优化、人才素质拔高“三位一体”良性循环发展模式。面向集成电路产业应用新场景,依托重点专项、“大颗粒”科研项目和校企共建实验室,鼓励企业通过产业、高校“双师制”等途径参与到集成电路专业人才“引育用留”的全过程中;克服传统人才培养模式中重知识轻实践、重基础研究轻工程应用的弊端,在打基础和融前沿、懂理论和强实践上形成良好平衡,着重培养具有战略思维、国际视野的复合型人才。

(2)加快科教融合、产教融合进程,加强对集成电路基础研究与应用技术之间的应用基础研究的重视,畅通高等院校与产业之间的双向对接桥梁,促进产学研用深度融合,推进产业技术体系和产业基础能力一体化协同创新发展[17]应鼓励高校以集成电路产业场景化需求为指导,在建立基础学科与工程类学科交叉融合的机制基础上推进针对使命型攻关场景的“有组织科研”和针对新场景与新需求的分布式创新,形成自下而上引导和自上而下自组织自涌现相结合的产业科技创新体系。赋予集成电路产业内已涌现出的领军人才更多科技战略咨询和决策话语权,使其参与到人才评价标准体系的制订与改革过程中。

(3)创新高端人才移民政策,面向全球引聚新一代集成电路和人工智能产业高端技术和管理人才。以产业场景、超大规模市场需求和新型移民政策,在全球范围内大力吸引和汇聚在集成电路产业基础研究、高端制造、系统集成等领域具有丰富实践经验的高端人才,使其充分融入到新产业模式构建的关键环节中,形成全球引进培育、使用留存和全球发展的产业人才梯队。

3.4 建设高能级创新联合体,强化集成电路国家战略科技力量

产业体系现代化的基石在于产业技术体系的现代化,而产业技术体系现代化的关键之一在于打造一批产业领域的国家战略科技力量,并使其形成有效的组织间协同[18, 19],从而打造国家科技先导能力,进一步转化为推进产业体系现代化和发展新质生产力的先导优势。

(1)进一步优化集成电路产业领域国家战略科技力量体系布局,构建专攻集成电路产业共性“卡脖子”技术和基础性问题的高能级创新联合体。聚焦产业“卡脖子”技术,构建由政府引导,科技领军企业牵头,联合科研机构、大学和社会力量等共同参与的高能级创新联合体,跨越基础研究与转化应用的“鸿沟”,实现“从0到1”的原创性突破和原理发现。

(2)以区域科技创新中心为载体,结合区域特征与资源禀赋实现各个地区集成电路产业的特色发展和错位协同,建设国家集成电路产业共性技术体系和创新公地。以使命牵引、场景驱动“自上而下”的有组织创新与“自下而上”的分布式创新有机协同,加速产业共性技术攻关与未来技术机会识别和投资布局,强化集成电路产业基础能力,并向上开拓产业高端化升级的新路径和新优势。

3.5 以场景驱动打造企业主导型产学研深度融合和大中小融通生态

(1)体系化创新能力是中国式现代化新征程上集成电路产业实现跨越式发展的基础,激活体系化创新活力的关键在于通过“有组织创新”模式推进产学研用多元主体深度融合[20]在平衡自由探索与使命导向的基础上,打通产学研等不同主体的制度逻辑壁垒,把握场景驱动创新机遇[21];通过“自下而上”的自发结合与项目合作试点的模式推动新赛道与新领域形成快速产业化的通道,以新产品新业态和新模式培育集成电路产业跃迁的新生态。

(2)双元整合的新集成模式的实现前提便是需要先确立集成电路产业各个层面的创新主体间的协同机制。要强化企业尤其是科技领军企业在推动产学研深度融合中的主导地位,促进资源自由流通与提升创新效能。要采取措施激励科技领军企业和产业链“链长”开放创新场景和产业链资源,吸引集成电路产业中小企业和初创企业围绕新场景与新赛道推进融通创新,加快构建新兴场景的产业子系统,促进多元产业主体形成基于共同愿景、创新场景的长期共创生态。

3.6 构建全球本土化创新生态,实现集成电路产业韧性可持续发展

集成电路技术的全球高度专业化分工使得产业链上没有一方可以单独完成产品生产的整个流程,封闭将会导致衰败。以自主赢尊重,以开放促合作,是打通科技强、企业强、产业强、经济强和国家强的通道,实现集成电路产业韧性可持续发展的必然选择。

(1)面对以美国为首发起的技术封锁,破局的关键在于坚持自主创新基础上的开放合作,构建由本土领军企业主导的新型全球本土化创新生态。在高端芯片等我国的弱势领域,积极寻找融入国际产业创新生态系统的机会,在传统技术轨道的前沿领域保持理性追赶;同时在低端芯片制造、芯片封测等我国主导的优势生态领域,加强与中国台湾、日本、韩国、欧盟、马来西亚等第三方的互惠耦合,确保半导体产业知识的国际交流和人才流动。加快开发利用新兴场景、持续巩固和维持我国超大规模市场优势,增加美国科技“脱钩”的成本和我国对其他国家和地区的生态吸引力。

(2)抓住人工智能等数智技术对降低合作成本、提升跨区域合作效率的契机,开辟新的“引进来”和“走出去”国际合作模式。统筹效率和安全战略目标,推动“麒麟”“鸿蒙”等国产技术、产品和生态在共建“一带一路”国家的产业化应用,支持中国企业在全球开展技术合作,布局国际产业链“飞地”或参与异国供应链建设;深度嵌入国际创新和供应链网络,为新场景和新赛道的开辟提供国际利基市场,补足和强化我国集成电路产业的创新闭环,提升创新体系效能,实现国产化和国际化双向互促、韧性发展、开放共赢。

参考文献
[1]
郑栅洁. 加快建设以实体经济为支撑的现代化产业体系. 求是, 2023, (13): 57-62.
Zheng S J. Accelerate the construction of a modern industrial system supported by the real economy. Qiu Shi, 2023, (13): 57-62. (in Chinese)
[2]
余江, 陈凤, 张越, 等. 铸造强国重器: 关键核心技术突破的规律探索与体系构建. 中国科学院院刊, 2019, 34(3): 339-343.
Yu J, Chen F, Zhang Y, et al. Forging pillars of scientific and technological power: Mechanism exploration and system construction for breakthrough of core and key technologies. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2019, 34(3): 339-343. (in Chinese)
[3]
陈凯华, 薛泽华, 张超. 国际发展环境变化与我国科技战略选择: 历史回顾与未来展望. 中国科学院院刊, 2023, 38(6): 863-874.
Chen K H, Xue Z H, Zhang C. Changes in international development environment and China's choices of S&T strategy: Historical review and future prospects. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2023, 38(6): 863-874. (in Chinese)
[4]
渠慎宁, 杨丹辉, 兰明昊. 高端芯片制造存在"小院高墙"吗——理论解析与中国突破路径模拟. 中国工业经济, 2023, (6): 62-80.
Qu S N, Yang D H, Lan M H. Does there exist "Small-yard and High-fence" in high-end chip manufacturing: Theoretical analysis and simulation of China's breakthrough path. China Industrial Economics, 2023, (6): 62-80. (in Chinese)
[5]
Cui V, Vertinsky I, Wang Y G, et al. Decoupling in international business: The 'new' vulnerability of globalization and MNEs' response strategies. Journal of International Business Studies, 2023, 54: 1562-1576. DOI:10.1057/s41267-023-00602-5
[6]
路风. 面对美国的科技脱钩, 中国必须建立集成电路的产业基础. 经济导刊, 2022, (12): 14-20.
Lu F. Facing U. S. tech decoupling, China must build an industrial base for integrated circuits. Economic Herald, 2022, (12): 14-20. (in Chinese)
[7]
张越, 余江, 杨娅, 等. 颠覆性技术驱动的未来产业培育模式与路径研究——美国布局下一代集成电路产业的启示. 中国科学院院刊, 2023, 38(6): 895-906.
Zhang Y, Yu J, Yang Y, et al. Cultivation mode and path of future industries driven by disruptive technologies—Enlightenment of the United States' layout of next generation of integrated circuit industry. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2023, 38(6): 895-906. (in Chinese)
[8]
贺俊. 新兴技术产业赶超中的政府作用: 产业政策研究的新视角. 中国社会科学, 2022, (11): 105-124.
He J. The role of government in catching up and surpassing emerging technology industries: A new perspective on industrial policy research. Social Sciences in China, 2022, (11): 105-124. (in Chinese)
[9]
路风, 何鹏宇. 举国体制与重大突破——以特殊机构执行和完成重大任务的历史经验及启示. 管理世界, 2021, 37(7): 1-18.
Lu F, He P Y. The new-type system of nationwide mobilization and breakthroughs: Historical experiences of accomplishing major tasks by special agencies and the lessons. Journal of Management World, 2021, 37(7): 1-18. (in Chinese)
[10]
张学文, 陈劲. 使命驱动型创新: 源起、依据、政策逻辑与基本标准. 科学学与科学技术管理, 2019, 40(10): 3-13.
Zhang X W, Chen J. Mission-oriented innovation: Origin, basis, policy logic and basic standards. Science of Science and Management of S & T, 2019, 40(10): 3-13. (in Chinese)
[11]
尹西明, 苏雅欣, 陈劲, 等. 场景驱动的创新: 内涵特征、理论逻辑与实践进路. 科技进步与对策, 2022, 39(15): 1-10.
Yin X M, Su Y X, Chen J, et al. Context-driven innovation: Connotation, theoretical logic and practical approach. Science & Technology Progress and Policy, 2022, 39(15): 1-10. (in Chinese)
[12]
骆军委, 李树深. 加强半导体基础能力建设点亮半导体自立自强发展的" 灯塔". 中国科学院院刊, 2023, 38(2): 187-192.
Luo J W, Li S S. Strengthen building of basic reach capacity for semiconductor research to light up "beacon" towards realizing the self-reliance and self-improvement of semiconductors. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2023, 38(2): 187-192. (in Chinese)
[13]
孙凝晖. 对信息技术新体系的思考. 中国科学院院刊, 2022, 37(1): 8-14.
Sun N H. Thoughts on new IT technique system. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2022, 37(1): 8-14. (in Chinese)
[14]
隆云滔, 王晓明, 顾荣, 等. 国际开源发展经验及其对我国开源创新体系建设的启示. 中国科学院院刊, 2021, 36(12): 1497-1505.
Long Y T, Wang X M, Gu R, et al. Development experience of international open source and its enlightenment to construction of open source innovation system in China. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2021, 36(12): 1497-1505. (in Chinese)
[15]
陆首群. 开源创新: 数字化转型与智能化重构. 北京: 机械工业出版社, 2023.
Lu S Q. Open-source Innovation: Digital Transformation and Intelligent Reconstruction. Beijing: China Machine Press, 2023. (in Chinese)
[16]
包云岗, 孙凝晖. 开源芯片生态技术体系构建面临的机遇与挑战. 中国科学院院刊, 2022, 37(1): 24-29.
Bao Y G, Sun N H. Opportunities and challenges of building CPU ecosystem with open-source mode. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2022, 37(1): 24-29. (in Chinese)
[17]
柳卸林, 常馨之, 杨培培. 加强企业基础研究能力, 弥补国家创新体系短板. 中国科学院院刊, 2023, 38(6): 853-862.
Liu X L, Chang X Z, Yang P P. Strengthen basic research capacity of enterprises and make up for shortcoming of national innovation system. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2023, 38(6): 853-862. (in Chinese)
[18]
尹西明, 陈劲, 贾宝余. 高水平科技自立自强视角下国家战略科技力量的突出特征与强化路径. 中国科技论坛, 2021, (9): 1-9.
Yin X M, Chen J, Jia B Y. Key features and strengthening patch of the national strategic S&T strength under the high-level self-reliance and self-improvement perspective. Forum on Science and Technology in China, 2021, (9): 1-9. (in Chinese)
[19]
樊春良. 国家战略科技力量的演进: 世界与中国. 中国科学院院刊, 2021, 36(5): 533-543.
Fan C L. Evolution of strategic scientific and technological power: The World and China. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2021, 36(5): 533-543. (in Chinese)
[20]
张贝贝, 李存金, 尹西明. 关键核心技术产学研协同创新机理研究——以芯片光刻技术为例. 科技进步与对策, 2023, 40(1): 1-11.
Zhang B B, Li C J, Yin X M. The collaborative mechanism of key and core technology innovation: An empirical research using chip lithography as an example. Science & Technology Progress and Policy, 2023, 40(1): 1-11. (in Chinese)
[21]
尹西明, 钱雅婷, 武沛琦, 等. 场景驱动科技成果转化: 理论逻辑与过程机理. 科学学研究, 2024.
Yin X M, Qian Y T, Wu P Q, et al. Context-driven technology transfer: Theoretical logic and process mechanism. Studies in Science of Science, 2024. DOI:10.16192/j.cnki.1003-2053.20240017.002